艦艇編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)機(jī)制研究?

王玉龍

（北京市西三環(huán)中路19號(hào) 北京 100421）

1 引言

經(jīng)過(guò)幾十年建設(shè)及發(fā)展，我國(guó)海軍通信系統(tǒng)已基本覆蓋了陸、海、空、天、潛等作戰(zhàn)平臺(tái)，初步具備了有線、短波、超短波、衛(wèi)星、數(shù)據(jù)鏈等多手段通信保障能力。然而，在現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，由于各通信子網(wǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，缺乏有效的互聯(lián)互通手段和統(tǒng)一的路由策略，形成了“煙囪”式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)各個(gè)子網(wǎng)間之間的信息流轉(zhuǎn)。

隨著全球軍事作戰(zhàn)模式向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的轉(zhuǎn)變，依托單一通信手段或離散的多種通信手段難以提供有效的信息傳輸交換支撐和信息服務(wù)支撐，因此在海軍通信領(lǐng)域，急需研究一種新的網(wǎng)絡(luò)互連機(jī)制，將編隊(duì)內(nèi)的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)各種有線／無(wú)線進(jìn)行互聯(lián)，全面提升艦艇編隊(duì)中各節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸能力。

2 戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)

為了實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)模式向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)［1］的轉(zhuǎn)變，以美國(guó)為首的西方先進(jìn)國(guó)家大力發(fā)展力量網(wǎng)（FORCEnet）、自動(dòng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（ADNS）和多國(guó)部隊(duì)海上戰(zhàn)術(shù)廣域網(wǎng)（MTWAN）。

· 力量網(wǎng)FORCEnet［2］是美國(guó)海軍實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的推進(jìn)手段，也是全球信息柵格GIG（美國(guó)國(guó)防部實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)構(gòu)想）的海軍部份。FORCEnet是信息時(shí)代美軍海戰(zhàn)的作戰(zhàn)構(gòu)想和體系結(jié)構(gòu)框架，它將士兵、傳感器、網(wǎng)絡(luò)、指揮控制、平臺(tái)和武器集成為網(wǎng)絡(luò)化的、分布式的作戰(zhàn)力量，能夠靈活應(yīng)對(duì)從水下到空中、從海上到岸上的各類沖突。

· 自動(dòng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ADNS［3］（Automated Digital Network System）是FORCEnet與GIG互聯(lián)的“網(wǎng)關(guān)”部分。美國(guó)海軍計(jì)劃利用ADNS最終實(shí)現(xiàn)全球范圍“端到端”的透明無(wú)縫連接，在不必大量增加通信設(shè)備的前提下，將艦艇無(wú)線電通信系統(tǒng)的容量擴(kuò)大四倍，以滿足艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的信息傳輸需求。ADNS早在1988～1997年就已初具雛形，美海軍利用專用的路由設(shè)備、信道接入控制協(xié)議實(shí)現(xiàn)了“IP over RF”和多個(gè)無(wú)線信道資源的綜合利用，大大提高了網(wǎng)絡(luò)容量。到2002～2005年，美海軍計(jì)劃利用聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線系統(tǒng)（JTRS）寬帶組網(wǎng)波形替換傳統(tǒng)的電臺(tái)設(shè)備，以軟件無(wú)線電的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、自組織、自適應(yīng)選擇頻率組網(wǎng)。

· 海上戰(zhàn)術(shù)廣域網(wǎng) MTWAN［4］（Maritime Tactical Wide Area Network）是上世紀(jì)90年代后期，以美軍為首的多個(gè)國(guó)家推動(dòng)了海軍兵力結(jié)構(gòu)中的信息共享，是達(dá)到全網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境作戰(zhàn)的一個(gè)重要步驟。MTWAN采取基于IP的互連策略，允許多種形式的數(shù)據(jù)在單一網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行融合，擴(kuò)大了海上移動(dòng)戰(zhàn)術(shù)環(huán)境中的廣域互連能力、有效性和移動(dòng)性。

國(guó)外戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信的發(fā)展歷程和趨勢(shì)給我海軍艦艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供了重要啟示。首先，美國(guó)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的發(fā)展指出了未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)“信息化”和“網(wǎng)絡(luò)化”的強(qiáng)烈需求，牽引著戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信向著高度網(wǎng)絡(luò)化方向快速發(fā)展，我海軍信息化裝備的建設(shè)必須盡快適應(yīng)從“平臺(tái)中心戰(zhàn)”向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的轉(zhuǎn)型，必須大力開展綜合網(wǎng)絡(luò)通信研究。其次，美海軍的ADNS計(jì)劃通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將各作戰(zhàn)平臺(tái)以及艦內(nèi)通信網(wǎng)與岸基通信網(wǎng)等連接成為一個(gè)自動(dòng)化的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提供無(wú)縫的數(shù)據(jù)傳輸，利用專用的路由設(shè)備、信道接入控制協(xié)議實(shí)現(xiàn)了“IP over RF”和多個(gè)無(wú)線信道資源的綜合利用，大大提高了網(wǎng)絡(luò)容量，從而提高其海上作戰(zhàn)能力，這正是我海軍急需解決的問(wèn)題，具有重要參考價(jià)值。再次，美海軍非常重視無(wú)線通信在戰(zhàn)術(shù)環(huán)境中如何提升信息共享的高效性，提出的MTWAN有效地完成了多種無(wú)線異構(gòu)子網(wǎng)之間的互連互通，MTWAN采取基于IP的互連策略，允許多種形式的數(shù)據(jù)在單一網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行融合，擴(kuò)大了海上移動(dòng)戰(zhàn)術(shù)環(huán)境中的廣域互連能力、有效性和移動(dòng)性，推動(dòng)了海軍兵力結(jié)構(gòu)中的信息共享，是達(dá)到全網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境作戰(zhàn)的一個(gè)重要步驟。MTWAN基于IP互連的技術(shù)體制對(duì)于構(gòu)建我海軍戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)具有積極的借鑒作用。

3 艦艇編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)互連模型分析

在我海軍戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，由于艦艇平臺(tái)之間存在多種無(wú)線通信子網(wǎng)，系統(tǒng)需要解決如何在多種子網(wǎng)中選擇傳輸路徑、信息在子網(wǎng)內(nèi)部的多跳傳輸、信息在不同子網(wǎng)之間的相互轉(zhuǎn)發(fā)等問(wèn)題。其中，信息在子網(wǎng)內(nèi)部傳輸屬于同構(gòu)的子網(wǎng)內(nèi)部互連互通問(wèn)題，多種子網(wǎng)選擇和跨子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)屬于異構(gòu)子網(wǎng)之間的互連互通問(wèn)題。所以，系統(tǒng)既需要實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線子網(wǎng)內(nèi)部的互連互通，也需要實(shí)現(xiàn)不同無(wú)線子網(wǎng)之間的互連互通。借鑒MTWAN和ADNS結(jié)構(gòu)，艦艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)的系統(tǒng)互連模型如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)互連模型示意圖

如圖1所示，無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議完成編隊(duì)內(nèi)無(wú)線子網(wǎng)互聯(lián)形成編隊(duì)內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)跨子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)功能。通過(guò)將艦內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與編隊(duì)內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，基于IP路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)各個(gè)艦艇之間的IP化業(yè)務(wù)的通信。當(dāng)其他編隊(duì)采用IP路由技術(shù)體制時(shí)，可支持與其他編隊(duì)的互聯(lián)。

3.1 互連模型分析

由于編隊(duì)網(wǎng)采用IP分組技術(shù)體制實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)異構(gòu)子網(wǎng)的互聯(lián)，選擇合適的互連模型是實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)異構(gòu)子網(wǎng)互聯(lián)功能的基礎(chǔ)。從網(wǎng)絡(luò)路由的角度來(lái)看，常用的網(wǎng)絡(luò)互連模型可分為單自治域系統(tǒng)和多自治域系統(tǒng)兩類，如圖2所示。

圖2 互連模型分析

單自治域系統(tǒng)模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)路由自治域，內(nèi)部路由器之間運(yùn)行內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP［5］。多自治域系統(tǒng)模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)自治域，自治域內(nèi)獨(dú)立選擇內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，自治域之間通過(guò)外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP實(shí)現(xiàn)路由信息交換，EGP的工作是在自治系統(tǒng)之間傳遞路由信息，而不是去發(fā)現(xiàn)和計(jì)算路由信息，發(fā)現(xiàn)和計(jì)算路由信息的任務(wù)由IGP路由協(xié)議來(lái)完成。

3.2 互連模型選擇

考慮到艦艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)包含有多種無(wú)線子網(wǎng)，各子網(wǎng)之間相互獨(dú)立，且不同子網(wǎng)之間的特性存在較大差異，因此多自治域系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互連模型更適合編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

在這種模型中，傳輸層路由可采用子網(wǎng)內(nèi)路由和子網(wǎng)間路由的兩層路由方式。

在子網(wǎng)內(nèi)部，針對(duì)不同無(wú)線子網(wǎng)在信道帶寬、傳輸速率、傳輸距離、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面的差異性，可采用不同的路由方式實(shí)現(xiàn)。如短波HF子網(wǎng)可采用無(wú)線令牌環(huán)網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)互連，而VHF和UHF子網(wǎng)可采用基于Ad hoc路由協(xié)議的自組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)互連，數(shù)據(jù)鏈子網(wǎng)采用專用數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互連，衛(wèi)星子網(wǎng)采用FDMA或TDMA方式實(shí)現(xiàn)互連。

在子網(wǎng)之間，可采用基于IP技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)互連，通過(guò)基于抽象鏈路層互連的策略，將各種子網(wǎng)抽象為鏈路，并根據(jù)無(wú)線信道的傳輸特點(diǎn)，優(yōu)選無(wú)線子網(wǎng)或轉(zhuǎn)發(fā)子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線子網(wǎng)傳輸或異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連。同時(shí)，通過(guò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連路由協(xié)議機(jī)制，還可以實(shí)現(xiàn)編隊(duì)之間的互連互通。

4 路由協(xié)議設(shè)計(jì)

在多自治域系統(tǒng)中，邊界路由設(shè)備需要運(yùn)行內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，而在有線網(wǎng)絡(luò)中這兩種協(xié)議的代表為 OSPF［6］和 BGP［7］。BGP協(xié)議有兩個(gè)子協(xié)議組成，分別是EBGP和IBGP，其中EBGP協(xié)議主要在兩個(gè)不同自治域系統(tǒng)的自治域邊界路由器之間使用，IBGP則用于同一自治域系統(tǒng)中的自治域邊界路由器之間使用。

由于OSPF和BGP協(xié)議是為有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)的，而編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在很大的不同，主要體現(xiàn)在：艦艇平臺(tái)之間只能通過(guò)無(wú)線手段進(jìn)行互連，可用帶寬較窄；兩個(gè)平臺(tái)之間不僅僅只有一個(gè)無(wú)線通信手段，通常情況下具有多種無(wú)線通信手段，每種手段可能還包含多個(gè)信道；一個(gè)艦艇編隊(duì)的成員通常小于16個(gè)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不是很大；艦艇移動(dòng)速度相對(duì)移動(dòng)速度不是很快，拓?fù)渥兓皇呛艽?；多?shù)情況下，兩個(gè)艦艇平臺(tái)之間可以通過(guò)某種無(wú)線子網(wǎng)（含子網(wǎng)內(nèi)多跳）可以直達(dá)，即使不能直達(dá)，通過(guò)兩個(gè)子網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)后，基本都可以直達(dá)。因此OSPF和BGP等有線路由協(xié)議協(xié)議并不適用于艦艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

艦艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)作為一種特殊的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，不同于普通商用Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，其最大區(qū)別在于軍事通信網(wǎng)隨時(shí)面臨著復(fù)雜的電磁干擾對(duì)抗和物理摧毀，這要求網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的頑存性（自愈能力），更好的隱蔽性（在必要的時(shí)候無(wú)線電靜默），更快的初始組網(wǎng)速度（快速收斂算法），更高的QoS指標(biāo)（時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、可用帶寬和分組丟包率等指標(biāo)），而在經(jīng)濟(jì)性和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模方面的要求相對(duì)較弱，在節(jié)能控制方面，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以不考慮能源的限制等。因此海戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)線通信環(huán)境中對(duì)自組織網(wǎng)路由協(xié)議應(yīng)該具備比較高的時(shí)效性、可靠性和較大的吞吐量，適應(yīng)海戰(zhàn)場(chǎng)通信環(huán)境特點(diǎn)，當(dāng)前移動(dòng) Ad hoc網(wǎng)路由協(xié)議如 DSDV［8］、AODV［9］和OLSR［10］等多不是專門針對(duì)這一點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。

4.1 WHRP協(xié)議原理

針對(duì)上述海戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，我們提出了一種適合艦艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議 WHRP（Wireless Heterogenous Routing Protocol），如圖3所示。

圖3 編隊(duì)異構(gòu)子網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議

由于在編隊(duì)網(wǎng)系統(tǒng)中不是所有的無(wú)線子網(wǎng)內(nèi)都運(yùn)行無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，編隊(duì)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)又具備多接口的特點(diǎn)，如果在節(jié)點(diǎn)上采用類似有線網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行多套自治域內(nèi)路由協(xié)議的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備功能復(fù)雜，擴(kuò)展性不強(qiáng)、兼容性差等問(wèn)題，因此需要在節(jié)點(diǎn)的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議和子網(wǎng)內(nèi)自組網(wǎng)協(xié)議之間增加一套接口協(xié)議，用于屏蔽各子網(wǎng)內(nèi)自組網(wǎng)協(xié)議的具體細(xì)節(jié)，只將子網(wǎng)內(nèi)的路由結(jié)果抽象出來(lái)，并提供統(tǒng)一接口與無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議通信。

4.2 WHRP協(xié)議實(shí)現(xiàn)

WHRP協(xié)議以AODV為基礎(chǔ)，根據(jù)無(wú)線信道、多頻多徑、抽象鏈路的海上無(wú)線通信傳輸特點(diǎn)進(jìn)行適應(yīng)性修改，采用混合式路由協(xié)議，結(jié)合按需路由和表驅(qū)路由的特點(diǎn)。當(dāng)接收到業(yè)務(wù)請(qǐng)求后，首先查詢路由表，如果存在可達(dá)路由信息，則根據(jù)路由表將路由信息反饋給業(yè)務(wù)請(qǐng)求方；如果不存在可達(dá)路由信息，則啟動(dòng)一次路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程，按照按需路由機(jī)制向鄰居平臺(tái)發(fā)起轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求，收到鄰居平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答后，再將跨子網(wǎng)路由信息反饋給業(yè)務(wù)請(qǐng)求方，具體流程如圖4所示。

圖4 跨子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)典型流程

發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請(qǐng)求，鄰居節(jié)點(diǎn)接收到路由請(qǐng)求后，查詢本地路由表，如存在與目的節(jié)點(diǎn)有子網(wǎng)直達(dá)路由，則生成路由回復(fù)消息。發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到路由回復(fù)消息后，建立路由表?xiàng)l目并發(fā)送數(shù)據(jù)。

1）鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和維護(hù)

將鄰居節(jié)點(diǎn)定義為同一子網(wǎng)內(nèi)能夠互相通信的節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)開通階段，所有節(jié)點(diǎn)均通過(guò)子網(wǎng)提供的可達(dá)信息來(lái)確定鄰居關(guān)系。

在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段，可從本節(jié)點(diǎn)維護(hù)的基本傳輸單元映射表中根據(jù)可達(dá)性和子網(wǎng)忙閑狀態(tài)獲取可用的各個(gè)子網(wǎng)的傳輸性能參數(shù)，使用子網(wǎng)基本傳輸帶寬作為加權(quán)因子μi，與可用帶寬Bi、時(shí)延ti、可靠性參數(shù)qi共同計(jì)算出一跳可達(dá)的路由Valuei，將一跳可達(dá)的路由Valuei集合向自己的鄰居節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散，最終使網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均能獲得全網(wǎng)路由的Valuei集合形成路由表。

2）路由發(fā)現(xiàn)

當(dāng)節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，如果在路由表中沒(méi)有滿足要求的子網(wǎng)能夠直達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，則將啟動(dòng)一次路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程，發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先選擇符合要求的子網(wǎng)廣播路由請(qǐng)求消息。鄰居節(jié)點(diǎn)接收到路由請(qǐng)求后，查詢本地路由表，如有滿足要求的單跳可達(dá)路由，則向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由回復(fù)消息。發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到路由回復(fù)消息后，建立路由表項(xiàng)，發(fā)送數(shù)據(jù)。路由發(fā)現(xiàn)流程如圖5所示。

圖5 路由發(fā)現(xiàn)流程

此外，為了解決廣播路由信息而造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷大的問(wèn)題，可在進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)時(shí)，不在全網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行廣播搜索，而是在限定的子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)范圍內(nèi)搜索，并逐步增加子網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)直至搜索到目標(biāo)。

5 仿真實(shí)驗(yàn)評(píng)估

為了評(píng)估HWRP協(xié)議的性能，本節(jié)使用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件quelnet作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分析 WHRP和當(dāng)前主流無(wú)線ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議AODV、OLSR的性能差異。

5.1 仿真環(huán)境

仿真實(shí)驗(yàn)中使用的主要參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)表

5.2 性能評(píng)估指標(biāo)

性能評(píng)估指標(biāo)采用常用的路由協(xié)議的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)［10］，包括：

1）分組遞交成功率

為網(wǎng)絡(luò)中所有CBR流源節(jié)點(diǎn)所發(fā)送分組的總數(shù)與CBR目標(biāo)節(jié)點(diǎn)最終成功接收到的分組數(shù)量的比率。

2）分組傳輸時(shí)延

為網(wǎng)絡(luò)中所有最終成功到達(dá)CBR流目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組的平均傳輸時(shí)延。

3）路由協(xié)議開銷

仿真中單位仿真時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)乃新酚煽刂瓢臄?shù)目。該指標(biāo)路由開銷可以用來(lái)比較不同路由協(xié)議的可擴(kuò)展性、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)擁塞的能力和協(xié)議的效率。

5.3 仿真結(jié)果分析

仿真過(guò)程中使用節(jié)點(diǎn)暫停時(shí)間來(lái)度量網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闆r，節(jié)點(diǎn)暫停時(shí)間越短，表示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓娇?；?jié)點(diǎn)暫停時(shí)間越長(zhǎng)，表示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓铰?；?dāng)節(jié)點(diǎn)暫時(shí)時(shí)間接近仿真時(shí)間時(shí)，表示整個(gè)仿真過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o(wú)變化。

1）分組提交成功率

圖6 分組提交成功率比較

通過(guò)圖6可以看到，隨著暫停時(shí)間的增加，三種協(xié)議的分組投遞率都在增加。當(dāng)節(jié)點(diǎn)暫停時(shí)間較少時(shí)，OLSR的分組投遞成功率明顯低于AODV，主要原因在于，盡管AODV的路由控制數(shù)據(jù)包要比OLSR多，但總是可以選擇新鮮路線，而OLSR協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩喟l(fā)生變化時(shí)，會(huì)傾向于選擇錯(cuò)誤的路線，從而使數(shù)據(jù)包投遞率降低；隨著節(jié)點(diǎn)暫停時(shí)間的增大，網(wǎng)絡(luò)變化趨于緩慢，AODV協(xié)議投遞率不如OLSR。而WHRP協(xié)議采用表驅(qū)和按需結(jié)合的方式，分組提交成功率略低于AODV且高于OLSR。

2）分組傳輸時(shí)延

圖7 分組傳輸時(shí)延比較

圖7中可以看出，反應(yīng)式路由AODV延遲比先驗(yàn)式路由OLSR延遲大。證實(shí)了先驗(yàn)式路由協(xié)議具有找路延時(shí)小的優(yōu)點(diǎn)。WHRP協(xié)議傳輸時(shí)延略高于OLSR，這是由于對(duì)于跨子網(wǎng)業(yè)務(wù)，WHRP需要主動(dòng)發(fā)現(xiàn)路由，增加了傳輸時(shí)延。

3）路由協(xié)議開銷

圖8 路由協(xié)議開銷比較

從圖8顯示結(jié)果表明，由于AODV總是比OLSR產(chǎn)生更多的路由控制分組，因此在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘧兓沫h(huán)境下AODV路由的開銷要明顯大于OLSR。WHRP協(xié)議由于無(wú)需周期性維護(hù)跨子網(wǎng)路由，HELLO報(bào)文的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于OLSR，因此路由開銷小于OLSR。

上述仿真結(jié)果說(shuō)明，WHRP協(xié)議在路由協(xié)議開銷較小的情況下能夠提供較好的網(wǎng)絡(luò)性能，同OLSR、AODV相比，更加適合艦艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

6 結(jié)語(yǔ)

本文在深入研究艦艇編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于艦艇編隊(duì)的無(wú)線路由協(xié)議WHRP，并對(duì)協(xié)議的有效性進(jìn)行理論分析和網(wǎng)絡(luò)仿真，仿真結(jié)果表明同現(xiàn)有主流無(wú)線Ad hoc路由協(xié)議相比，WHRP具備較好的協(xié)議性能，更加適合艦艇編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多變的環(huán)境。

艦艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議作為便對(duì)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的核心技術(shù)，在軍事上有著重要的應(yīng)用價(jià)值，本文雖然提出了一種新的路由協(xié)議，但受實(shí)驗(yàn)條件、研究時(shí)間和個(gè)人水平的制約，目前仍存在許多工作有待于進(jìn)一步開展。以下是對(duì)未來(lái)研究工作的一些展望：

1）協(xié)議的安全問(wèn)題

目前的WHRP協(xié)議的設(shè)計(jì)主要關(guān)注于協(xié)議的性能，而這些設(shè)計(jì)都是建立在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都是可信的以及所有的路由信息都是正確的這樣的假設(shè)之上的?？紤]到網(wǎng)絡(luò)安全是戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分，如何加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全控制，避免非法主機(jī)的竊聽，也需要在下一步的工作中深入研究。

2）仿真工作的進(jìn)一步完善

本文中的仿真實(shí)驗(yàn)均是在一定的模擬場(chǎng)景中進(jìn)行，在實(shí)際應(yīng)用中相關(guān)的仿真結(jié)果將會(huì)受多種網(wǎng)絡(luò)因素的影響，因此仿真數(shù)據(jù)與真實(shí)環(huán)境可能存在一定程度的偏差。今后將隨著仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的逐步改善，研究條件成熟的情況下，通過(guò)搭建一個(gè)無(wú)線仿真半實(shí)物平臺(tái)，對(duì)WHRP協(xié)議做進(jìn)一步的測(cè)試和完善。

［1］施榮，國(guó)外網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)及其關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)展［J］.中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2007（2）：206－210.

［2］黃力，羅愛民，羅雪山.C4ISR體系結(jié)構(gòu)研究綜述［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2003（12）：1497－1500.

［3］趙松，張欣.美海軍自動(dòng)化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r及連網(wǎng)技術(shù)［J］.電信技術(shù)研究，2008，（10）：8－13.

［4］Holliday，P.Techniques for efficient network layer failover in maritime tactical wide area networks（MTWAN）［C］／／proceedings of the conference on Military Communications（MILCOM）Conference，2005.

［5］Rtanaly.A system to detect and measure IGP routing ehanges［C］／／OPERATIONS AND MANAGEMENT IN IP－BASED NETWORKS，PROCEEDINGS，2005.

［6］Shaikh A，Goyal M.An OSPF Topology Server：Design and Evaluation［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2002（4）：746－755.

［7］Bressoud T C，Rastogi R.Optimal configuration for BGP route selection［A］.San Francisco：IEEE，2003：916－926.

［8］perkins C E，Bhagwat P.Highly dyamic Destination－Sequenced Distance－Vector routing（DSDV）for mobile computers［C］／／proceedings of the conference on communications arehiteetures，Protocols and applications.London，England，1994：234－244.

［9］Perkins C，Royer E M.Ad－h(huán)oc on－demand distance vector routing［C］／／New Orleans，Louisiana，USA：IEEE Computer Society Press，1999：90－100.

［10］Royer E M，Toll C K.A Review of Current Routing Protocols for Ad Hoc Mobile Wireless Networks［M］.USA：IEEE Personal Comunications，1999：46－55.